Một ngọn đuốc dưới nước hoạt động bằng cách cung cấp một nguồn oxy và một chất dễ cháy để tạo ra ngọn lửa. Nó có hai ống dẫn xuống ngọn đuốc, khi được kích hoạt, kết hợp hai chất và phát sáng, theo Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cornell.
Khí dễ cháy, thường là hydro hoặc axetylen tùy theo trường hợp, kết hợp với khí oxy và tạo ra ngọn lửa ở đầu ngọn đuốc. Để duy trì ngọn lửa, ngọn đuốc phải tạo ra một quả cầu khí ổn định để bao quanh và bảo vệ nó khỏi nước xung quanh vì hơi nước và khí cacbonic do ngọn lửa tạo ra không đủ để tự làm việc này. Ở dưới nước, khí phải được tác dụng với áp suất đủ lớn để chế ngự áp suất của nước. Ngọn đuốc dưới nước tạo ra bong bóng bảo vệ này bằng cách có một số vòi phun ra khí nén xung quanh đầu ngọn đuốc. Không khí này chống lại áp suất của nước và bảo vệ ngọn lửa, giúp ngọn lửa luôn sáng.
Một thợ lặn điều khiển loại đuốc này phải có kỹ năng khá. Những ngọn đuốc thông thường lấy oxy từ bầu không khí xung quanh chúng. Trong Thế vận hội Sochi 2014, một ngọn đuốc không thấm nước đã được mang và đi qua Hồ Baikal.
